查看“PH值”的源代码

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{{酸鹼}}
'''pH'''，亦称'''pH值'''、'''氢离子浓度指数'''、'''酸鹼值'''<ref>[http://www.gau-lih.com.tw/tier/front/bin/partprint.phtml?Part=00032X&Category=0&Style=1 高立出版集團 -- 普通化學實驗(彩色版)]</ref>、'''[-{离}-巠]（音<span title=líng>ㄌㄧㄥˊ</span>）標值'''<ref> {{Cite book | author = 高雄市立高雄高級中學化學科研究 | title = 高中基礎化學(二) 第一章 常見的化學反應 | pages = 14 | accessdate = 2018-09-09 | language = zh-tw }} </ref>，是[[溶液]]中[[氢]][[离子]][[活度]]的一种标度，也就是通常意义上溶液[[酸]][[碱]]程度的衡量标准。这个概念是1909年由[[丹麦]][[生物化学|生物化学家]][[瑟倫·索倫森]]提出的。「pH」中的「H」代表氫離子（H<sup>+</sup>），而「p」的來源則有幾種說法。第一種稱p代表德语「Potenz」，意思是力度、強度；第二種稱pH代表[[拉丁文]]「pondus hydrogenii」，即「氫的量」；第三種認為p只是索倫森随意选定的符号，因为他也用了q。现今的化学界把p加在[[无量纲量]]前面表示该量的负[[对数]]。

通常情况下（25[[摄氏度|℃]]、298[[开尔文|K]]左右），当pH小于7的时候，溶液呈[[酸性]]，当pH大于7的时候，溶液呈[[碱性]]，当pH等于7的时候，溶液为[[中性]]。

pH允许小于0，如[[鹽酸]]（10&nbsp;mol/L）的pH为−1。同样，pH也允许大于14，如[[氫氧化鈉]]（10&nbsp;mol/L）的pH为15。

== 定義 ==

{| align=right style="border: 2px dotted black; margin: 0 0 0.5em 1em; clear: right;"
|+一些常見物質的pH（均保留2位有效数字）
! 物質 || pH
|-
| ||（[[酸性]]）
|-
| [[鹽酸]]（10&nbsp;mol/L) ||bgcolor=#111111| <span style="color:#FFFFFF;">-1.00</span>
|-
| [[鹽酸]]（1&nbsp;mol/L） ||bgcolor=#111111| <span style="color:#FFFFFF;">0.00</span>
|-
| [[鉛酸蓄電池]]的酸液 ||bgcolor=#600000| <span style="color:#FFFFFF;">1.00</span>
|-
| [[鹽酸]]（0.083&nbsp;mol/L） ||bgcolor=#850000| <span style="color:#FFFFFF;">1.08</span>
|-
| [[胃酸]] ||bgcolor=#A01000| <span style="color:#FFFFFF;">1.20</span>
|-
| [[檸檬]]汁 ||bgcolor=#B03000| <span style="color:#FFFFFF;">2.40</span>
|-
| [[可樂]] ||bgcolor=#C04000| <span style="color:#FFFFFF;">2.50</span>
|-
| [[食醋]] ||bgcolor=#D05000| <span style="color:#FFFFFF;">2.90</span>
|-
| [[橙]]汁 ||bgcolor=#D86500| 3.50
|-
| [[蘋果]]汁||bgcolor=#E07000| 4.00
|-
| [[啤酒]] ||bgcolor=#E88000| 4.50
|-
| [[咖啡]] ||bgcolor=#F09000| 5.00
|-
| [[茶]] ||bgcolor=#E8A000| 5.50
|-
| [[酸雨]] ||bgcolor=#E0A800| < 5.60
|-
| [[牛奶]] ||bgcolor=#D0B800| 6.50
|-
| 純[[水]]，[[氯化钠]]溶液 ||bgcolor=#CCCC00| 7.00（[[中性]]）
|-
| [[人|人类]][[血液]] ||bgcolor=#009120| <span style="color:#FFFFFF">7.34 - 7.45</span>
|-
| [[海水]] ||bgcolor=#105530| <span style="color:#FFFFFF">8.00</span>
|-
| 洗手[[肥皂|皂]] ||bgcolor=#204040| <span style="color:#FFFFFF">9.00 - 10.0</span>
|-
| 家用[[氨水]]除垢劑 ||bgcolor=#252050| <span style="color:#FFFFFF;">11.5</span>
|-
| [[次氯酸鈉|漂白水（次氯酸鈉）]] ||bgcolor=#301060| <span style="color:#FFFFFF;">12.5</span>
|-
| 家用[[氫氧化鈉]] ||bgcolor=#250030| <span style="color:#FFFFFF;">13.5</span>
|-
| [[氫氧化鈉]]（1&nbsp;mol/L） ||bgcolor=#200020| <span style="color:#FFFFFF;">14.0</span>
|-
| [[氫氧化鈉]]（10&nbsp;mol/L） ||bgcolor=#200020| <span style="color:#FFFFFF;">15.0</span>
|-
| ||（[[鹼性]]）
|}

pH的計算公式如下：

:<math>\mbox{pH} = -\log_{10} \left[ \mbox{H}^+ \right]= \log_{10} \frac{1}{\left[ \mbox{H}^+ \right]}</math>

其中[H<sup>+</sup>]指的是溶液中氫離子的活度（有時也被寫為[H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>]，水合氫離子活度），單位為[[莫耳 (單位)|摩尔]]／[[升]]，在稀溶液中，氫離子活度約等於氫離子的[[濃度]]，可以用氫離子濃度來進行近似計算。

在25°C下，pH=7的水溶液（如：純[[水]]）為中性，這是因為水在25°C下自然電離出的氫離子和[[氫氧根]]離子濃度的乘積（水的[[離子積]]常數）始終是1×10<sup>−14</sup>，且兩種離子的濃度都是1×10<sup>−7</sup>mol/L。pH小于7說明H<sup>+</sup>的濃度大於OH<sup>−</sup>的濃度，故溶液酸性強，而pH大于7則說明H<sup>+</sup>的濃度小於OH<sup>−</sup>的濃度，故溶液鹼性強。所以pH愈小，溶液的酸性愈強；pH愈大，溶液的鹼性也就愈強。

在非水溶液或25°C的條件下呢，pH=7可能並不代表溶液呈中性，這需要通過計算該[[溶劑]]在這種條件下的電離常數來決定pH為中性的值。如373[[開爾文|K]]（100℃）的溫度下，水的离子积常数为5.5×10<sup>−13</sup>，即pH约为6.13，此时為中性溶液。
由于实际中的溶液不是理想溶液，所以仅仅用H<sup>+</sup>浓度是不可以准确测量的，因此也无法准确计算得到溶液的pH。故而应当采用H<sup>+</sup>活度，即

:<math>\mathrm{pH} = - \log_{10}(a {H}^+) = \log_{10}\left(\frac{1}{a {H}^+}\right)</math>

这样从理论上讲只要知道氢离子的活度a(H<sup>+</sup>)就可以得到溶液的准确pH。<ref>http://www.xieshil.com/post/48714.htm pH的操作定义</ref>

于是人们给pH下了一个操作定义。<ref>中华人民共和国国家标准 物理化学和分子物理学的量和单位 GB3102.8-1993 附录C</ref>对于溶液X，测量下列伽伏尼电池的[[电动势]]Ex： 

:<big> 参比电极 | KCl浓溶液 || 溶液X | H<sub>2</sub> | Pt </big>

将未知pH的溶液X换成已知pH的溶液S，同样测量电池的电动势Es。则 

:<math> \text{pH(X)} = \text{pH(S)}+\frac{(E_\text{S} - E_\text{X}) F}{RTln(10)}</math>

式中F为法拉第常数，<math>R</math>为摩尔气体常数，<math>T</math>为热力学温度。 
因此可以通过测定未知溶液与标准溶液的电动势就可以计算出未知溶液的pH。为此IUPAC规定了一些标准溶液的pH。<ref>IUPAC, Definition of pH Scales, Standard Reference Values, Measurement of pH and Related Terminology, Pure Appl Chem, 57（1985）, 531-542</ref>

== 测量 ==
有很多方法来测量溶液的pH：
* 在待测溶液中加入[[pH指示剂]]，不同的指示剂根据不同的pH会变化颜色，根据指示剂的研究就可以确定pH的范围。滴定时，可以作精确的pH标准。此外，有多种pH指示剂配制而成的pH试剂。
* 使用[[pH试纸]]，pH试纸有广泛试纸和精密试纸，用玻棒沾一点待测溶液到试纸上，然后根据试纸的颜色变化并对照比色卡也可以得到溶液的pH。上方的表格就相当于一张比色卡。
** [[pH试纸]]不能夠顯示出油份的pH，由於pH试纸以[[氫]]離子來量度待测溶液的pH，但油中没含有[[氫]]離子，因此[[pH试纸]]不能夠顯示出油份的pH。
* 使用[[pH计]]，pH计是一种测量溶液pH的仪器，它通过pH选择电极（如玻璃电极）来测量出溶液的pH。pH计可以精确到小数点后三位。

== pOH ==
pOH（[[氢氧根离子]]浓度指数）是和pH相对应的表示溶液中氢氧根离子活度的概念，定义如下：
:<math>\mbox{pOH} = -\log_{10} \left[ \mbox{OH}^- \right]</math>

当在298K（25℃）的时候，水的离子积<math>\mbox{K}_{\mbox{w}}=[\mbox{H}^{+}][\mbox{OH}^{-}]=10^{-14}</math>，因为<math>\log {\mbox{K}}_{w}=\log [\mbox{H}^+]+\log [\mbox{OH}^{-}]</math>，所以此时pOH=14-pH，pH和pOH之和為14。

== 应用 ==
{| class="wikitable" align=right
|+生物系統中的pH
|-
! 組織或物質
! pH
|-
| [[胃酸]] || 1
|-
| [[溶酶體]] || 4.5
|-
| {{tsl|en|Chromaffin cell|嗜鉻細胞}}顆粒 || 5.5
|-
| [[人類皮膚]] || 5.5
|-
| [[尿]] || 6.0
|-
| 37 °C下的純水 || 6.81
|-
| [[細胞質]] || 7.2
|-
| [[腦脊液]]（CSF） || 7.5
|-
| [[血液]] || 7.34–7.45
|-
| [[線粒體基質]] || 8.0
|-
| [[胰腺]]分泌物 || 8.1
|}

由pH的定义可知，pH是衡量溶液酸碱性的尺度，在很多方面需要控制溶液的酸碱，这些地方都需要知道溶液的pH：
* 医学上：人体血液的pH通常在7.35-7.45之间，如果发生波动，就是病理现象。唾液的pH也用于判断病情。
* 化学和化工上：很多化学反应需要在特定的pH下进行，否则得不到所期望的产物。
* 农业上：很多植物有喜歡酸性土壤或碱性土壤的习性，例如[[茶]]的种植。控制土壤的pH可以使种植的植物生长的更好。

== 参见 ==
* [[酸]]
* [[碱]]
* [[酸#Acidity Grade|酸度]]—另一种酸碱度的标度
* [[pH指示劑]]
* [[酸度系数]]

== 参考 ==
{{reflist}}

== 延伸閱讀 ==
*  [http://www.aqion.onl Online pH Calculator]

==外部連接==
{{Commons category|pH}}
*[https://web.archive.org/web/20180929070151/http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/ph.html The pH Scale]
*[http://www.chem1.com/acad/webtext/pdf/c1xacid2.pdf Chem1 Virtual Textbook, Acid-base Equilibria and Calculations]
*[http://chemistry.about.com/library/weekly/aa012803a.htm Red Cabbage pH Indicator]
*[http://www.engineeringtoolbox.com/food-ph-d_403.html Food and Foodstuff – pH Values]
*[http://www.aqion.onl Online pH Calculator for about 100 inorganic Acids, Bases, and Salts]

{{Wastewater}}

[[Category:酸碱化学]]
[[Category:度量]]
[[Category:化学性质]]